Разработка методов формирования и теоретико-экспериментального исследования субмикро- и нанокристаллических фазово-структурных состояний в объеме и поверхностных слоях металлических материалов с улучшенными физико-химическими и механическими свойствами

Руководитель направления:	Колобов Юрий Романович
Ведущие ученые в данной области:	д.ф.-м.н. профессор заслуженный деятель науки РФ Колобов Ю.Р., д.ф.-м.н. профессор Липницкий А.Г., д.ф.м.н. профессор Блажевич С.В.
Код ГРНТИ:	47.29.39; 29.19.04

Образовательное структурное подразделение (институт): Институт инженерных и цифровых технологий.

Структурное подразделение (лаборатория, кафедра и др.): Центр наноструктурных материалов и нанотехнологий, кафедра общей и теоретической физики, кафедра наноматериалов и нанотехнологий на базе ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН (г.Черноголовка).

Состав (с указанием руководителя):

Руководитель:

Научный руководитель Центра НСМН профессор Ю.Р.Колобов

Состав научного коллектива:

Д.ф.-м.н, Блажевич С.В.; д.ф.-м.н, Липницкий А.Г.; к.ф.-м.н., Неласов И.В. к.ф.-м.н., Манохин С.С.; к.ф.-м.н., Полетаев Д.О.; м.н.с. Максименко В.Н, аспиранты БелГУ: Федосеев А.Э., Бондаренко В.А., Ильинский Р.Ю., Волошкина Е.В, Бардакова И.Н., Чуева А.И. .( руководитель – профессор Носков А.В.), Лазарев Д.В. (руководитель – профессор Колобов Ю.Р.), Вязьмин А.В. (руководитель – профессор Липницкий А.Г.).

Актуальность научного направления.

Актуальность продолжения развиваемого БелГУ с 2005 года и до настоящего времени указанным выше научным коллективом теоретико-экспериментального научно-практического направления обоснована, как достигнутыми оригинальными опубликованными в ведущих отечественных и зарубежных журналах научными результатами, воплощенными в разработки технологических режимов и оборудования, часть которых к настоящему времени освоена в условиях реального практического сектора экономики.

Более десяти лет тому назад в Центре наноструктурных материалов и нанотехнологий НИУ БелГУ ( Центр НСМН НИУ БелГУ,г.Белгород) во взаимодействии с академическими институтами г. Черноголовки (ФИЦ ПХФ и МХ РАН, ИСМАН) и ИФПМ СО РАН (г.Томск) были разработаны и запатентованы технологии производства калиброванных прутков из высокопрочного не содержащего вредных для живого организма легирующих элементов субмикрокристаллического титана и нанесения микродуговых биоактивных покрытий на готовые медицинские изделия из этого материала. В Центре НСМН НИУ БелГУ был создан опытно-промышленный участок, на котором были реализованы данные технологии. Костные имплантаты, произведённые из изготовленного в Центре НСМН НИУ БелГУ субмикрокристаллического титана на промышленной базе Всероссийского научно-исследовательского и проектного института медицинских инструментов (г. Казань) в 2009 году прошли клинические испытания с последующим оформлением государственной регистрации для их применения в медицинской практике. Изготовленные из них имплантаты были доступны на рынке медицинских изделий РФ. Однако в существовавших тогда условиях данные перспективные отечественные разработки не выдержали конкуренции с зарубежными аналогами, несмотря на то, что обладали более выгодным соотношением цена-качество. Имеющийся опыт может быть использован в настоящее время для трансфера рассматриваемых технологий на масштаб промышленного производства в объеме потребностей предприятий медицинской промышленности РФ с обеспечением полного импортозамещения.

Особую актуальность имеет продолжение работ по созданию физико-химических основ технологий формирования стойких к истиранию биоинертных и биоактивных покрытий с развитой рельефностью и пористостью поверхности, с высокой адгезионной прочностью на поверхности раздела покрытие-подложка. Одной из важнейших задач современного медицинского и технического материаловедения является разработка и создание новых технологий (технологических режимом и оборудования) модификации структуры и свойств поверхностей и приповерхностных слоев медицинских и технических материалов с использованием высокоэнергетических воздействий. В этом направлении актуальным является продолжение исследований по микродуговому оксидированию в сочетании с обработкой воздействиями импульсов короткой (нано-) и ультракороткой (фемто-) длительности. К настоящему времени технология микродугового оксидирования поверхности элементов протезов крупных суставов (адаптированная к промышленным условиям в рамках работ консорциума НИУ «БелГУ» ФИЦ ПХФ И МХ РАН, ИСМАН и имеющая патентную защиту в России, странах СНГ и Израиле была внедрена в производство на ОАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева» (г. Красногорск Моск. обл. (2015 г.). Данное защитное покрытие частично решает проблемы водородного охрупчивания малолегированных титановых сплавов, не содержащих вредных для живого организма компонентов, а морфология его поверхности ускоряет процесс остеоинтеграции.

Известно, что частота осложнений после эндопротезирования колеблется от 1 до 8%, при этом в подавляющем большинстве случаев причиной осложнений, приводящих к ревизионному эндопротезированию, является асептическая нестабильность протеза. После ревизионного эндопротезирования количество осложнений возрастает ещё больше, достигая 27%. Для оценки влияния которое оказывает на процесс остеосинтеза покрытие и материал имплатата, необходимо провести исследование динамики процесса ремоделирования кости вокруг имплантата. Это требует многократного применения рентгенологических методов диагностики. Для снижения радиационной нагрузки научным коллективом впервые предложено использовать частотно - сепарированное рентгеновское излучение. Метод сепарации излучения на слоистых средах, теорию которого ранее развили члены коллектива позволит впервые использовать для исследования биологических объектов узкочастотное рентгеновское излучение, частоту и интенсивность которого можно менять в широких пределах. В качестве тестового объекта исследований в работе коллектива используется гидроксилапатит-содержащее микродуговое (МДО) аморфно-нанокристаллическое покрытие на чистом субмикрокристаллическом титане, разработанное и запатентованное в РФ и за рубежом от НИУ БелГУ. Таким образом, наряду с исследованием информативности частотно-сепарированного рентгеновского излучения планируется изучение биохимической совместимости рассматриваемых материалов и оптимизированы режимы формирования методом микродугового оксидирования МДО биоинертных и биоактивных покрытий (в том числе на поверхность, активированную фемтосекундными лазерными мипульсами в соответствии с принципами биомиметики, то есть имеющих близкий к костной ткани минеральный состав, развитый рельеф поверхности и пористость, а также высокую адгезию к металлу - основе. Совместно с сотрудникамиМедицинского института НИУ «БелГУ» планируется проведение, как клеточные исследования in-vitro в основном на базе организации – партнера (ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН), так и исследования in vivo c контролем остоинтеграции методами оптической и растровой электронной микроскопии на базе НИУ»БелГУ». При этом планируется решение важной научно-практической проблемы, связанной с разработкой на базе БелГУ квазимонохроматического рентгеновского источника мягкого и среднего диапазона (50-10000 эВ) основанном на рассеяние рентгеновских лучей периодическими многослойными структурами. На основе разработанного источника будет решаться важная задача развития методики экспериментального исследования. динамики перераспределения компонентов имплантата с МДО покрытием в конкретном биологическом объекте в процессе остеоинтеграции. Особенностью разрабатываемого источника, будет мишень, состоящая из материала с периодической слоистой структурой, способная выделять (сепарировать) из непрерывного спектра излучения фотоны определенной требуемой для конкретного исследования частоты. Такая мишень позволит генерировать квазимонохроматические пучки фотонов с энергией от 50 эВ до 10 кэВ и выше. Изменение угла между падающем пучком рентгеновских волн широкого непрерывного спектра и слоями мишени будет приводить к плавному изменению частоты выходящего монохроматического пучка фотонов.

Направления исследований:

Основные задачи центра:

1. Координация, обеспечение и проведение фундаментальных и прикладных исследований в области материаловедения и нанотехнологий.

2. Реализация и тиражирование результатов научно-исследовательской и инновационной деятельности.

3. Организация производства инновационной продукции.

4. Создание научной и образовательной базы для высококачественной подготовки и переподготовки специалистов всех уровней.

Фундаментальные исследования:

1. разработка физических принципов упрочнения и пластификации металлов, сплавов и композитных материалов технического и медицинского применения путем формирования субмикрокристаллического и наноструктурного состояний, в том числе воздействием пластической деформацией в сочетании с традиционными способами механо - термической обработки;

2. разработка научных основ создания биокомпозитов «наноструктурный металл – биоактивное/биоинертное покрытие»;

3. исследования закономерности и физических механизмов лазерно-индуцированной поверхностной модификации металлов и сплавов. Первые работы по импульсной лазерной обработке титана, его сплавов и других материалов в Центре НСМН БелГУ были опубликованы сотрудниками в 2014 году, а в 2017 данные исследования были положены в основу кандидатской диссертации аспиранта БелГУ Жидкова М.В.(научный руководитель — проф.Колобов Ю.Р.)

4. экспериментальное и теоретическое исследование структуры и свойств наноматериалов методами компьютерного моделирования, сочетающих в себе расчёты из «первых принципов», молекулярную-динамику с использованием оригинальных потенциалов межатомных взаимодействий и методы конечных элементов.

5. теоретико-экспериментальное исследование электромагнитных процессов при излучении заряженной частицы в монокристаллических и периодических слоистых средах.

Прикладные исследования:

Прикладные исследования в области медицинского материаловедения с момента образования Центра проводились и продолжаются в настоящее время в содружестве с Медицинским институтом БелГУ и с холдингом НПО АО «Владмива», г.Белгород (генеральный директор — проф. НИУ «БелГУ» Чуев В.П). Также проводятся совместные работы с НИИ нейрохирургии им.Н.Н.Бурденко (г.Москва), НМИЦ радиологии,г.Москва ( генеральный директор — главный онколог РФ, академик РАН Каприн А.Д.) и другими медицинскими учреждениями в следующих направлениях:

1. разработка технологических процессов и оборудования для получения объемных металлических наноструктурных материалов для использования в медицине и технике;

2. освоение в клинической практике биоинертных и биоактивных имплантатов для использования в травматологии, ортопедии, стоматологии и кардиохирургии;

3. разработка технологических процессов и оборудования для синтеза наногидроксилапатита для использования в лечебно-профилактических препаратах в стоматологии и нанесения биоактивных покрытий на хирургические, стоматологические и ортопедические имплантаты.

4. разработка технологических режимов лазерно-индуцированной поверхностной модификации металлов и сплавов, в том числе медицинского (в качестве имплантов, деталей конструкций эндопротезов и др.) и технического (упрочнение деталей конструкций газотурбинных двигателей в энергетическом и авиационном машиностроении) применений.

Инновационная деятельность:

Основные направления инновационной деятельности Центра НСМН:

1. разработка высокопроизводительных экономичных методов формирования субмикрокристаллических и наноструктурных состояний в объемных заготовках металлов и низколегированных сплавов, не содержащих вредных для живого организма элементов, с целью улучшения механических свойств медицинских имплантатов, изготовленных из таких сплавов;

2. разработка и освоение в условиях промышленного производства упрочняющей обработки поверхностей материалов и изделий с использованием ударно-волнового воздействия лазерными импульсами нано- и фемтосекундной длительности;

3. создание пористых микродуговых биоактивных наноструктурных покрытий на поверхности имплантатов из титановых, магниевых и других сплавов, обладающих контролируемым поровым пространством, заданными параметрами рельефа и биохимической активностью, которые применяются с целью повышения уровня биосовместимости имплантатов.

Основные публикации (за последние 5 лет):

1. Veiko V. P., Odintsova G. V., Gazizova M. Y., Karlagina Y. Y., Manokhin, S. S., Yatsuk, R. M., Kolobov Y. R. The influence of laser micro-and nanostructuring on the wear resistance of Grade-2 titanium surface //LASER PHYSICS. - 2018. - Т. 28. - №.8. - С. 086002.

2. Kolobov, Yu. R.; Korneeva, E. A.; Kuz'menko, I. N.; Skomorokhov, A. N., Kudryashov, S. I., Ionin, A. A., Makarov, S. V., Kolobova, A. Yu., Manokhin, S. S., Betekhtin, V. I., Kadomtsev, A. G. Effect of Processing by Femtosecond Pulsed Laser on Mechanical Properties of Submicrocrystalline Titanium// Technical Physics. - 2018. - Т. 63. - №. 3. - С. 385-390.

3. Kolobov Y. R. Regularities and Mechanisms of Formation of Submicro-, Nano-, and Ultrafine-Grained Structures and Mechanical Properties of Metals and Alloys Under Different Treatments //Russian Physics Journal. - 2018. - Т. 61. - №. 4. - С. 611-623

4. Veiko V. P., Andreeva Y., Van Cuong L., Lutoshina D., Polyakov D., Sinev D., Odintsova G., Kolobov YR Laser paintbrush as a tool for modern art //Optica. – 2021. – Т. 8. – №. 5. – С. 577-585.

5. Veiko V., Karlagina Y., Itina T., Kuznetsova D., Elagin V., Zagaynova E., Chernenko G., Egorova E., Zernitskaia C., Manokhin S., Tokmacheva-Kolobova A. Laser-assisted fabrication and in vitro verification of functionalized surface for cells biointegration// Optics & Laser Technology/ – 138, – p.106871.

6. Nelasov I. V., Kartamyshev A. I., Boev A. O., Lipnitskii A. G., Kolobov Y. R., Nguyen T. K. Molecular dynamics simulation of the behavior of titanium under high-speed deformation //Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. – 2021. – Т. 29. – №. 6. – С. 065007.

7. Manokhin S. S., Tokmacheva-Kolobova A. Y., Karlagina Y. Y., Betekhtin V. I., Kadomtsev A. G., Narykova M. V., Kolobov Y. R. Investigation of Changes in the Structure of Submicrocrystalline Titanium of VT1-0 Brand under Heat Treatment and Laser Processing with Nanosecond Pulses //Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2021. – Т. 15. – №. 1. – С. 59-64.

8. Yu.R. Kolobov, S.S. Manokhin, G.V. Odintsova, V.I. Betekhtin, A.G. Kadomtsev, M.V. Narykova Investigation of the influence of processing by laser pulses of nanosecond duration on changes in the structure of submicrocrystalline titanium// Technical Physics Letters– 2021, – №.14, C. 21-25.

9. A. Yu. Tokmacheva-Kolobova, M. G. Tokmachev, L. S. Yanovskii, Yu. R. Kolobov Mathematical Modeling of Diffusion-Controlled Processes of the Near-Surface Layer Structure Evolution of W−Cu Composite Under Hightemperature Gas Flow//Russian Physics Journal. – Т65, pp.1167–1171.

10. Levin D. M., Frolov D. O., Manokhin S. S. Activation Parameters of Viscoelasticity Formation of Nitride-Hardened Refractory Alloy //Russian Physics Journal. – 2022. – том 65, № 7, с. 1155-1166.

11. Yu.R. Kolobov, S.S. Manokhin, V.I. Betekhtin, A.G. Kadomtsev, M.V. Narykova, G.V. Odintsova, G.V. Khramov Investigation of the effect of nanosecond laser pulses processing on the microstructure and fatigue resistance of commercially pure titanium//Technical Physics Letters– 2022, – Т48, – №.1, C. 56-59.

12. V.A. Khokhlov, V.V. Zhakhovsky, N.A. Inogamov, S.I. Ashitkov, D.S. Sitnikov, K.V. Khishchenko, Yu.V. Petrov, S.S. Manokhin, I.V. Nelasov, V.V. Shepelev, Yu.R. Kolobov, Titanium melting by a shock wave induced by a powerful femtosecond laser pulse//JETP Lett. – 2022. – Т. 115. – №. 9. – pp. 676-584.

13. Poletaev D. O., Lipnitskii A. G., Maksimenko V. N., Kolobov Y. R., Beresnev A. G., Gusakov M. S. The N-body interatomic potentials for molecular dynamics simulations of diffusion in C15 Cr2Ta Laves phase //Computational Materials Science. – 2023. – Т. 216. – С. 111841

14. Sobolev S. L., Tokmachev M. G., Kolobov Y. R. Rapid Multicomponent Alloy Solidification with Allowance for the Local Nonequilibrium and Cross-Diffusion Effects //Materials. – 2023. – Т. 16. – №. 4. – С. 1622

15. Фролов Д. О., Левин Д. М., Манохин С. С., Колобов Ю. Р. Исследование вязкоупругого перехода в жаропрочном поликристаллическом сплаве ВЖ171 системы Ni-Со-Сr //Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2023. – Т. 89. – №. 2 (I). – С. 31-38.

16. Манохин С.С., Бетехтин В.И., Кадомцев А.Г., Нарыкова М.В., Амосова О.В., Колобов Ю.Р., Лазарев Д.В. Исследование особенностей структуры микрокристаллического алюминия после испытаний на длительную прочность//Физика твердого тела. – 2023. – Т. 65. – №1. – с. 131-137,

17. S. G. Bondarenko, L. V. Kalinovskaya, L. A. Rumyantsev, V. L. Yermolchyk, A. E. Afanasiev, D. V. Bykova, P. I. Skakunenko, V. I. Balykin, V. A. Khokhlov, V. V. Zhakhovsky, N. A. Inogamov, S. I. Ashitkov, D. S. Sitnikov, K. V. Khishchenko, Yu. V. Petrov, S. S. Manokhin, I. V. Nelasov, V. V. Shepelev, Yu. R. Kolobov, A. V. Shchepetilnikov, A. R. Khisameeva, A. A. Dremin, I. V. Kukushkin Erratum to: Several Articles in JETP Letters /JETP Letters. – 2022. – Т. 116. – №. 10. – С. 764-765.

18. A. Yu. Tokmacheva-Kolobova, M. G. Tokmachev, L. S. Yanovskii, Yu. R. Kolobov Mathematical Modeling of Diffusion-Controlled Processes of the Near-Surface Layer Structure Evolution of W−Cu Composite Under Hightemperature Gas Flow//Russian Physics Journal. – 2022-Т65, pp.1167–1171.

19. В.П. Вагин, С.С. Манохин, М.С. Гусаков, Е.В. Суриков, Л.С. Яновский, Д.М. Кондратьев, Ю.Р. Колобов Исследование эволюции структурно-фазового состояния образцов сплава W-Cu в графитовой оболочке в процессе вакуумных отжигов и воздействия высокотемпературной плазмы// Физика и химия обработки материалов, – 2023. – № 2. – С. 33-39.

20. Blazhevich S. V., Noskov A. V. X-ray radiation generated by a beam of relativistic electrons in composite structure //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2018. – Т. 421. – С. 18-26.

21. Blazhevich S. V., Noskov A. V. Interpretation of the results of the experiment on generation of parametric X-radiation by relativistic electrons in a single-crystal target //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2019. – Т. 441. – С. 119-125.

22. Blazhevich S. V., Lyushina K. S., Noskov A. V. Coherent x-ray radiation excited by a beam of relativistic electrons in a single crystal in the direction of beam axis //Journal of Experimental and Theoretical Physics. – 2019. – Т. 128. – С. 212-226.

23. Cherkashina N. I., Pavlenko V. I., Noskov A. V. Radiation shielding properties of polyimide composite materials //Radiation Physics and Chemistry. – 2019. – Т. 159. – С. 111-117.

24. Mazilov A. A., Noskov A. V. Tensile strength of surface nanofibers in tungsten //Вопросы атомной науки и техники. – 2019. – Т. 120. – №. 2. – С. 61-66.

25. Cherkashina N. I., Pavlenko V. I., Noskov A. V. Synthesis and property evaluations of highly filled polyimide composites under thermal cycling conditions from− 190° C to+ 200° C //Cryogenics. – 2019. – Т. 104. – С. 102995.

26. Cherkashina, N. I., Pavlenko, V. I., Noskov, A. V., Novosadov, N. I., & Samoilova, E. S. (2020). Using multilayer polymer PI/Pb composites for protection against X-ray bremsstrahlung in outer space. Acta Astronautica, 170, 499-508.

27. Blazhevich S. V., Bronnikova M. V., Noskov A. V. Determining the divergence of an ultra-relativistic electron beam from the diffracted transition radiation in a single-crystal target //Physics Letters A. – 2020. – Т. 384. – №. 16. – С. 126321.

28. Блажевич, С. В., Дрыгина, Ю. А., Шевчук, О. Ю., & Носков, А. В. (2020). Когерентное рентгеновское излучение, генерируемое вблизи оси пучка релятивистских электронов в искусственной периодической структуре. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, (6), 43-53.

29. Blazhevich S. V. et al. Coherent x-ray radiation generated near the axis of the beam of relativistic electrons in an artificial periodic structure //Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2020. – Т. 14. – №. 3. – С. 586-595.

30. Blazhevich S. et al. On the problem of application of diffracted transition radiation for indication of relativistic electron beam parameters //Journal of Instrumentation. – 2020. – Т. 15. – №. 05. – С. C05021.

31. Blazhevich S., Noskov A., Shevchuk O. Coherent X-ray radiation excited by a beam of relativistic electrons in a layered periodic structure //Journal of Instrumentation. – 2020. – Т. 15. – №. 05. – С. C05075.

32. Blazhevich S. V., Bronnikova M. V., Noskov A. V. Effect of the divergence of a relativistic electron beam on the diffracted transition radiation excited by them in a single-crystal target //Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2020. – Т. 14. – С. 922-928.

33. Blazhevich S. V., Bronnikova M. V., Noskov A. V. Diffracted transitive radiation as a means for indicating the divergence of an ultrarelativistic electron beam //Russian Physics Journal. – 2020. – Т. 63. – С. 1010-1024.

34. Cherkashina N. I. et al. Changes in surface properties of PI/WO2 сoatings after vacuum ultraviolet irradiation //Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. – 2021. – Т. 405. – С. 112970.

35. Cherkashina N. I. et al. Synthesis of PI/POSS nanocomposite films based on track nuclear membranes and assessment of their resistance to oxygen plasma flow //Polymer. – 2021. – Т. 212. – С. 123192.

36. Pavlenko V. I., Cherkashina N. I., Noskov A. V. Calculation of Proton Passage through a Highly Filled Polyimide Composite //Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2021. – Т. 15. – С. 147-151.

37. Alyabyeva M. V. et al. Influence of multiple scattering on parametric X-Ray radiation excited by a beam of relativistic electrons in a single crystal //Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2021. – Т. 15. – №. 3. – С. 596-600.

38. Cherkashina, N. I., Pavlenko, V. I., Noskov, A. V., Sirota, V. V., Zaitsev, S. V., Prokhorenkov, D. S., & Sidelnikov, R. V. (2021). Gamma radiation attenuation characteristics of polyimide composite with WO2. Progress in Nuclear Energy, 137, 103795.

39. Cherkashina, N. I., Pavlenko, V. I., Noskov, A. V., Romanyuk, D. S., Sidelnikov, R. V., & Kashibadze, N. V. (2022). Effect of electron irradiation on polyimide composites based on track membranes for space systems. Advances in Space Research, 70(10), 3249-3256.

40. Noskov, A. V., Shurshakov, V. A., Pavlenko, V. I., Cherkashina, N. I., & Romanyuk, D. S. (2022). Transport of Neutrons and γ Quanta through a Highly Filled Polymer Composite. Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 16(6), 1248-1252.

41. Blazhevich S. V., Noskov A. V. Ionization-Recombination Process as a Means of Indicating the Degree of Focusing of a Beam of Charged Particles or Ionizing Radiation //Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2022. – Т. 16. – №. 4. – С. 503-506.

42. Blazhevich S. V., Noskov A. V., Fedoseev A. E. Effect of multiple scattering on diffracted transition radiation of a relativistic electron crossing a single crystal target //Journal of Instrumentation. – 2022. – Т. 17. – №. 07. – С. P07029.

43. Kartamyshev A. I., Poletaev D. O., Lipnitskii A. G. The influence of lattice vibrations and electronic free energy on phase stability of titanium silicides and Si solubility in hcp titanium: A DFT study //Calphad. – 2019. – Т. 65. – С. 194-203.

44. Kartamyshev, A. I., Lipnitskii, A. G., Saveliev, V. N., Maksimenko, V. N., Nelasov, I. V., & Poletaev, D. O. (2019). Development of an interatomic potential for titanium with high predictive accuracy of thermal properties up to melting point. Computational Materials Science, 160, 30-41.

45. Boev, A. O., Zolnikov, K. P., Nelasov, I. V., & Lipnitskii, A. G. (2019). Molecular dynamics simulation of primary radiation damage in vanadium and alloy V-4Ti. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1147, No. 1, p. 012087). IOP Publishing.

46. Poletaev D. O., Aksyonov D. A., Lipnitskii A. G. Evolutionary search for new compounds in the Ti–Si system //Calphad. – 2020. – Т. 71. – С. 102201.

47. Kartamyshev, A. I., Lipnitskii, A. G., Boev, A. O., Nelasov, I. V., Maksimenko, V. N., Aksyonov, D. A., & Nguyen, T. K. (2020). Angular dependent interatomic potential for Ti–V system for molecular dynamics simulations. Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 28(5), 055010.

48. Boev, A. O., Nelasov, I. V., Lipnitskii, A. G., Kartamyshev, A. I., & Aksyonov, D. A. (2021). Self-point defect trapping responsible for radiation swelling reduction in V–Ti alloys. Solid State Communications, 329, 114252.

49. Nelasov I. V. et al. Molecular dynamics simulation of the behavior of titanium under high-speed deformation //Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. – 2021. – Т. 29. – №. 6. – С. 065007.

50. Maksimenko, V. N., Lipnitskii, A. G., Saveliev, V. N., Nelasov, I. V., & Kartamyshev, A. I. (2021). Prediction of the diffusion characteristics of the V-Cr system by molecular dynamics based on N-body interatomic potentials. Computational Materials Science, 198, 110648.

51. Maksimenko, V. N., Lipnitskii, A. G., Kartamyshev, A. I., Poletaev, D. O., & Kolobov, Y. R. (2022). The N-body interatomic potential for molecular dynamics simulations of diffusion in tungsten. Computational Materials Science, 202, 110962.

52. Poletaev, D. O., Lipnitskii, A. G., Maksimenko, V. N., Kolobov, Y. R., Beresnev, A. G., & Gusakov, M. S. (2023). The N-body interatomic potentials for molecular dynamics simulations of diffusion in C15 Cr2Ta Laves phase. Computational Materials Science, 216, 111841.

53. AI Kartamyshev, AG Lipnitskii, VN Maksimenko, AV Vyazmin, IV Nelasov, DO Poletaev N-body potential for simulating lattice defects and diffusion in copper Computational Materials Science – 2023- 228 –C. 112284

54. Nelasov I. V. et al. High-speed mass transfer in the W–Cu pseudo-alloy //Solid State Communications. – 2022. – Т. 347. – С. 114708.

Основные проекты/ Грантовая активность и хоздоговора (за последние 5 лет):

1. Совместно с ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии (г.Черноголовка) разработан, изготовлен и аттестован уникальный двухмодульный испытательный стенд для проведения исследовательских и натурных испытаний на фрикционный износ лазерно-индуцированных идентификационных кодов на поверхности конструкционных и функциональных материалов различного назначения (источник финансирования для НИУ «БелГУ — хоздоговор с ФИЦ ПХФ и МХ). Стенд сдан в эксплуатацию в условиях реального производства в ООО «Лазерный центр» (г. Санкт-Петербург).

2. 2022 год - Хоздоговор: “Исследование структуры рекристаллизованного и ультрамелкозернистого алюминиевого сплава после испытаний на длительную прочность”.

3. 2021 год – Хоздоговор «Проведение расчётов диффузионных параметров систем на основе Cr-Ta-W и Cr-Ta-W-V» в целях выполнения государственного оборонного заказа в соответствии с Федеральным законом № 275-ФЗ «О государственном оборонном заказе» на основании: государственного контракта, заключенного между ГК «Роскосмос», АО «Композит» и Институтом проблем химической физики РАН ( переименован в 2023 году в ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН, г. Черноголовка).

4. 2021 год – Хоздоговор «Экспериментальные исследования усталостных свойств и структуры титановых образцов в субмикрокристаллическом и рекристаллизованном исходных состояниях ».

5. 2019 РФФИ 17-02-00980 Исследование ближнего порядка и механизмов диффузии в эквиатомных сплавах тугоплавких ОЦК металлов методами компьютерного моделирования на атомном уровне

6. 2022-2025 РНФ 22-72-10026 Теоретический прогноз радиационного распухания и диффузии в перспективных металлических материалах для атомной энергетики на основе атомистического моделирования на примере ванадиевых сплавов системы V-Zr-Ti-Cr-W-C.

Научные результаты (за последние 5 лет).

Систематизированы полученные научным коллективом результаты теоретических и экспериментальных исследований по лазерной модификации металлов и сплавов с целью изменения механических ( в том числе в условиях квазистатического и циклического нагружения) и физико-химических свойств: оптических, трибологических, смачиваемости, биосовместимости и др. Методами молекулярной динамики проведено моделирование процессов высокоскоростной деформации в альфа-титана и изучены особенности процесса фазового перехода альфа-омега в условиях, имитирующих высокоэнергетическое воздействие. Определены основные механизмы пластической деформации в исследованных условиях и установлена зависимость начала и механизма протекания альфа-омега перехода в титане в различных условиях нагружения. Проведены работы по компьютерному моделированию процессов выделения силицидов и карбидов в альфа-титане.

Разработаны способы формирования наноструктурированных и субмикрокристаллических состояний в исследованных сплавах, сделан прогноз стабильности таких состояний в условиях эксплуатации. Изучено влияние водородного насыщения в растворах, моделирующих биологическую среду, на охрупчивание низколегированных титановых сплавов. Разработаны способы снижение анизотропии механических свойств литых и деформируемых титановых и магниевых сплавов и разработаны способы создания композиционных материалов медицинского назначения на базе данных сплавов с использованием пористых покрытий и поверхностной модификации.

Впервые построена теория когерентного рентгеновского излучения релятивистского электрона, пересекающего искусственную периодически слоистую структуру в геометриях рассеяния Лауэ и Брэга. Получены выражения, описывающие спектрально-угловые характеристики ПРИ, ДПИ и их интерференции в этих геометриях. Показано, что выход излучения в искусственной периодической структуре существенно превышает выход излучения в кристалле в аналогичных условиях, что связано увеличением ширины спектра излучения в многослойной периодической структуре.

Элемент конструкции эндопротеза тазобедренного сустава с микродуговых пористым биоактивным покрытием (А) и действующая технологическая линия по формированию указанных покрытий внедрённых в производство в результате выполнения Комплексного проекта.

Совместно с ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии (г.Черноголовка) разработан, изготовлен и аттестован уникальный двухмодульный испытательный стенд для проведения исследовательских и натурных испытаний на фрикционный износ в агрессивной среде при высоких температурах лазерно-индуцированных идентификационных кодов на поверхности конструкционных и функциональных материалов различного назначения (источник финансирования для НИУ «БелГУ — хоздоговор с ФИЦ ПХФ и МХ). Стенд сдан в эксплуатацию в условиях реального производства в ООО «Лазерный центр» (г. Санкт-Петербург).

В Центре наноструктурных материалов и нанотехнологий НИУ «БелГУ» продолжены работы по оптимизации режимов формирования высокопрочных субмикро- и нанокристаллических состояний в металлах и сплавах технического и медицинского применения с использованием возможностей созданного ранее опытно-промышленного участка по реализации новых высокопроизводительных и малозатратных технологий прокатки (в настоящий момент участок законсервирован и перевезен на другую площадку). Разработка защищена патентом РФ.

Зарубежное патентование:

1. 02.06.2021 (Израиль ) IL255808 Способ формирования биоактивного покрытия на поверхности эндопротезов крупных суставов (method for forming a bioactive coating on the surface of major joint endoprostheses) Колобов Ю.Р. , Иванов М.Б., Храмов Г.В. ФГАОУ ВО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» 2015122349 11.06.2015 (И).

2. 229.10.2019 (Республика Казахстан) KZ33984 Способ формирования биоактивного покрытия на поверхности эндопротезов крупных суставов человека .Авторы:Колобов Ю.Р., Иванов М. Б., Храмов Г.В. ФГАОУ ВО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» 2015122349 11.06.2015 (И).

3. 327.02.2019 (Республика Беларусь) 22513 Способ формирования биоактивного покрытия на поверхности эндопротезов крупных суставов Колобов Ю.Р., Иванов М.Б., Храмов Г.В. ФГАОУ ВО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» а20170459 06.12.2017 (НОЦ).

Кандидатские диссертации, защищённые за последние 5 лет:

1. Голосова Ольга Александровна, защита диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по теме «Закономерности формирования структуры и свойств низкомодульных титановых сплавов медицинского назначения» (специальность 01.04.07 – Физика конденсированного состояния, науч. рук. - д.ф.-м.н., проф. Колобов Ю.Р. Диссертация выполнена в Центре НСМН и защищена в диссовете БелГУ 23.10.2018).

2. Боев Антон Олегович Влияние титана на структуру и подвижность собственных точечных дефектов радиационного происхождения в ОЦК решетке ванадия (специальность 01.04.07 – Физика конденсированного состояния, науч. рук. д.ф.-м.н., проф. Липницкий А.Г 2019 год). Диссертация выполнена в Центре НСМН и защищена в диссовете БелГ в БелГУ 23.10.2018).

Информацию предоставил Ю.Р. Колобов 21.06.2023